soc的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法和技術(shù)

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1、SOC的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法和技術(shù)摘要：隨著嵌入式系統(tǒng)與微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，硬件的集成度越來越高，這使得將CPU、存儲器和I/O設(shè)備集成到一個(gè)硅片上成為可能，SOC應(yīng)運(yùn)而生，并以其集成度高、可靠性好、產(chǎn)品問世周期短等特點(diǎn)逐步成為當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的主流。傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)方法無法滿足Soc設(shè)計(jì)的特殊要求，這給系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員帶來了巨大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，因此針對Soc的設(shè)計(jì)方法學(xué)己經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)課題。論文首先分析了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢，論述了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)方法和工具的局限性，針對Soc設(shè)計(jì)技術(shù)的特點(diǎn)探究

2、了Soc軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法的流程，并討論了目前軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀。關(guān)鍵詞:軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，可重用設(shè)計(jì)，SOC背景：計(jì)算機(jī)從1946年誕生以來，經(jīng)歷了一個(gè)快速發(fā)展的過程，現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)沒有變成科幻片電影中那樣貪婪、龐大的怪物，而是變得小巧玲瓏、無處不在，它們藏身在任何地方，又消失在所有地方，功能強(qiáng)大，卻又無影無蹤，這就是嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可剪裁、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代電子系

3、統(tǒng)技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物，這一點(diǎn)決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。嵌入式系紉‘泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)展非常迅速，調(diào)查數(shù)據(jù)表明，嵌入式系統(tǒng)的增長為每年18%，大約是整個(gè)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)平均增長的兩倍[1]，目前世界上大約有2億臺通用計(jì)算機(jī),而嵌入式處理器大約60億個(gè)，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)是二十一世紀(jì)信息產(chǎn)業(yè)的重要增長點(diǎn)。隨著集成電路制造工藝的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)硬件的集成度越來越高，這使得將嵌入式微處理器、存儲器、I/O設(shè)備等硬件組成部件集成到單個(gè)芯片上成為可能，

4、片上系統(tǒng)SoC(SystemonChip)應(yīng)運(yùn)而生[2]。SOC極大地縮小了系統(tǒng)體積；減少了板級系統(tǒng)SoB(SystemonBoard)中芯片與芯片之間的互連延遲，從而提高了系統(tǒng)的性能;強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)重用思想，提高了設(shè)計(jì)效率，縮短了設(shè)計(jì)周期，減少了產(chǎn)品的上市時(shí)間。因此SOC以其集成度高、體積小、功耗少、可靠性好、產(chǎn)品問世周期短等優(yōu)點(diǎn)得到了越來越廣泛地應(yīng)用，并且正在逐漸成為當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主流技術(shù)[3]。但Soc設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)，如何快速、有效地開發(fā)和設(shè)計(jì)Soc產(chǎn)品是當(dāng)前嵌入式設(shè)計(jì)開發(fā)方法學(xué)的一個(gè)十分

5、重要的研究領(lǐng)域。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的局限性：系統(tǒng)需求描述劃分軟件和硬件硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤軟件硬件劃分錯(cuò)誤圖1-1傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程過去的嵌入式系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)相對于軟件部分來說更容易，系統(tǒng)開發(fā)主要是在目標(biāo)電路板上進(jìn)行編程和交叉調(diào)試，所以那時(shí)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)很大精力都放在軟件上，通常認(rèn)為只要軟件開發(fā)質(zhì)量能夠很好地保證，就可以很好地滿足整個(gè)系統(tǒng)的功能和性能需求。傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程如圖1-1所示。系統(tǒng)軟件和硬件劃分完成以后，首先進(jìn)行硬件子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，再進(jìn)行軟件子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，因此

6、整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程基本上是一個(gè)串行過程。隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，硬件的集成度越來越高，嵌入式產(chǎn)品大量采用soc技術(shù)，使得傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)方法逐漸暴露出很多不足之處：軟件和硬件的開發(fā)過程割裂、缺乏溝通；設(shè)計(jì)自動化層次低；設(shè)計(jì)過程串行化增加了設(shè)計(jì)周期；缺乏設(shè)計(jì)重用支持。圖1-2設(shè)計(jì)復(fù)雜度和設(shè)計(jì)生產(chǎn)率的增長趨勢圖1-2顯示了設(shè)計(jì)復(fù)雜性和設(shè)計(jì)生產(chǎn)率的增長趨勢，由此可知目前設(shè)計(jì)生產(chǎn)率的提高速度趕不上設(shè)計(jì)復(fù)雜度增加的速度，設(shè)計(jì)方法和工具成為制約嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸，soc技術(shù)給嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了巨大的挑戰(zhàn)，嵌

7、入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)期待革新。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)：根據(jù)目前計(jì)算機(jī)和IC設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展來看，系統(tǒng)軟件的研制要落后于硬件，如果在芯片設(shè)計(jì)過程中，沒有相應(yīng)的軟件支持，那么對芯片的驗(yàn)證和模擬仿真都將遇到極大的障礙[4]。針對嵌入式系統(tǒng)Soc設(shè)計(jì)面臨的問題與挑戰(zhàn)，研究者們開始探索新的設(shè)計(jì)方法學(xué)——軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)(Hardware/SoftwareCo-Design)方法學(xué)。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法學(xué)的研究始于90年代初期，第一屆InternationalWorkshoponHardware/SoftwareCodesign會議于

8、1993年召開[5]，它標(biāo)志著軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法學(xué)的研究正式展開，軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)領(lǐng)域正式確立。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)不僅是一種設(shè)計(jì)技術(shù)，同時(shí)也是種新的設(shè)計(jì)方法學(xué)，其核心問題是協(xié)調(diào)軟件子系統(tǒng)和硬件子系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不同，軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)軟件和硬件設(shè)計(jì)開發(fā)的并行性和相互反饋，如圖1-3所示，克服了傳統(tǒng)方法中把軟件和硬件分開設(shè)計(jì)所帶來的種種弊端，協(xié)調(diào)軟件和硬件之間的制約關(guān)系，達(dá)到系